(57)【要約】【課題】  低消費電力で駆動して交流電圧のゼロクロス点を検出することが可能なゼロクロス検出装置及び該ゼロクロス検出装置を有する画像形成装置を提供する。【解決手段】  交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出装置において、交流電圧を整流して全波整流電圧を出力する全波整流手段と、全波整流電圧の印加で所定の充電電圧に充電され、全波整流電圧が充電電圧以下になると、充電電流を出力する充電手段と、充電電流の入力でゼロクロス検出信号を出力する信号出力手段とを含む。【選択図】    図１
2010050820.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出装置において、
交流電圧を整流して全波整流電圧を出力する全波整流手段と、
前記全波整流電圧の印加で所定の充電電圧に充電され、前記全波整流電圧が前記充電電圧以下になると、充電電流を出力する充電手段と、
前記充電電流の入力でゼロクロス検出信号を出力する信号出力手段とを含むことを特徴とするゼロクロス検出装置。
【請求項２】
前記充電手段は、少なくともダイオードと、ツェナーダイオードと、コンデンサとを有することを特徴とする請求項１に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項３】
前記信号出力手段は、少なくともフォトカプラを有することを特徴とする請求項１に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項４】
前記充電手段により出力された充電電流を前記信号出力手段に流すゲート手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項５】
前記ゲート手段は、少なくともダイオードを有することを特徴とする請求項４に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項６】
前記ゲート手段は、少なくともダイオード及びツェナーダイオードを有することを特徴とする請求項４に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項７】
前記信号出力手段に入力された充電電流を前記全波整流手段のグランド側に放電する放電手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項８】
前記放電手段は、少なくとも抵抗を有することを特徴とする請求項７に記載のゼロクロス検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載のゼロクロス検出装置を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電圧のゼロ電位点（ゼロクロス点）を検出するゼロクロス検出装置及び該ゼロクロス検出装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真プリンタなどの画像形成装置は、交流電源（交流電圧）により駆動しており、定着ローラを加熱するためのヒータへの通電制御をＴＲＩＡＣ等のスイッチング素子を用いて行っている。
【０００３】
ところで、定着ローラ加熱用のヒータの温度に対する抵抗値変化は大きく、該ヒータへの通電開始時には、ヒータが冷えて内部抵抗が小さくなっていると、ヒータに定格電流の何倍もの電流に相当する突入電流が瞬間的に流れてしまうことがあった。そして、このように過大電流である突入電流が流れると、ヒータに負荷がかかるため、ヒータが損壊する虞れがあった。
【０００４】
そのため、上記ヒータへの突入電流を抑えるべく、交流電圧がゼロ電位点（ゼロクロス点）を通過するタイミングに合わせてスイッチング素子がＯＮになるよう制御するために、交流電圧のゼロクロス点を検出し、検出する毎にゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出回路を有する画像形成装置が提案されている。このゼロクロス検出回路として、例えば特許文献１に開示されているように、交流電圧の正側の半波を検出し、該半波に対応する矩形波を出力する第１のフォトカプラと、交流電圧の負側の半波を検出し、該半波に対応する矩形波を出力する第２のフォトカプラとを有し、各フォトカプラから出力される矩形波に基づいてゼロクロス点を検出してゼロクロス信号を出力するゼロクロス検出回路が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−２５８６９８号公報
【０００５】
図５は、従来のゼロクロス検出回路３００を示す図であり、図６は、従来のゼロクロス検出回路３００の各部の出力する信号波形を示す図である。
従来のゼロクロス検出回路３００では、図６（ａ）に示す交流電圧Ｅの正側の半波に基づいてフォトカプラ３０１内のフォトダイオード（発光素子）に図６（ｂ）に示す波形の電流Ｉ１が流れると、該フォトダイオードは、発光する。この発光した光は、フォトカプラ３０１内のフォトトランジスタ（受光素子）により受光される。
【０００６】
フォトカプラ３０１内のフォトトランジスタは、上記フォトダイオードからの光を受光するとＯＮになるので、図６（ｄ）に示す矩形波の出力信号Ｆ１を信号変換手段３０３に出力する。
【０００７】
一方、従来のゼロクロス検出回路３００では、図６（ａ）に示す交流電圧Ｅの負側の半波に基づいてフォトカプラ３０２内のフォトダイオードに図６（ｃ）に示す波形の電流Ｉ２が流れると、該フォトダイオードは、発光する。この発光した光は、フォトカプラ３０２内のフォトトランジスタにより受光される。
【０００８】
フォトカプラ３０２内のフォトトランジスタは、上記受光によりＯＮになるので、図６（ｅ）に示す矩形波の出力信号Ｆ２を信号変換手段３０３に出力する。
【０００９】
信号変換手段３０３は、図６（ｄ）に示す矩形波の出力信号Ｆ１と、図６（ｅ）に示す矩形波の出力信号Ｆ２とが入力されると、各出力信号Ｆ１、Ｆ２をＯＲ（論理和）に基づいて変換し、各信号の立ち上がりタイミングを示すパルス信号であるゼロクロス信号Ｐ０を出力する。図６（ｆ）に、ゼロクロス信号Ｐ０の波形図を示す。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来のゼロクロス検出回路３００では、ゼロクロス信号Ｐ０を出力するために、常時フォトカプラ３０１、３０２に電流を流す構成なので、該回路をゼロクロス検出装置、又は画像形成装置に組み込むと、装置の消費電力が大きくなってしまうという問題があった。
【００１１】
以上の問題点に鑑み、本発明の目的は、低消費電力で駆動して交流電圧のゼロクロス点を検出することが可能なゼロクロス検出装置及び該ゼロクロス検出装置を有する画像形成装置を提供することにある。
【００１２】
本発明は、以上の点を解決するために、次の構成を採用する。
＜構成１＞
本発明のゼロクロス検出装置は、交流電圧のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出装置において、交流電圧を整流して全波整流電圧を出力する全波整流手段と、全波整流電圧の印加で所定の充電電圧に充電され、全波整流電圧が充電電圧以下になると、充電電流を出力する充電手段と、充電電流の入力でゼロクロス検出信号を出力する信号出力手段とを含むことを特徴とする。
【００１３】
＜構成２＞
本発明の画像形成装置は、構成１に記載のゼロクロス検出装置を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、全波整流手段が交流電圧を整流して全波整流電圧を出力すると、充電手段は、交流電圧がゼロクロス点近傍になるまでは全波整流電圧の印加で所定の充電電圧に充電され、交流電圧が該充電電圧以下となるゼロクロス点近傍になると充電電流を出力するので、これにより、ゼロクロス点近傍の短時間のみ信号出力手段に充電電流を流してゼロクロス信号を出力することができる。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
＜実施例１の構成＞
図２は、本発明に係る実施例１のゼロクロス検出装置１００の構成を示すブロック図である。
先ず、本発明に係る実施例１のゼロクロス検出装置１００の構成について説明する。
ゼロクロス検出装置１００は、図２に示すように、商用電源１と、全波整流手段２と、放電手段３と、充電手段４と、ゲート手段５と、ゼロクロス信号出力手段６とから構成される。
【００１７】
図１は、本発明に係る実施例１のゼロクロス検出装置１００の回路構成を示す回路図であり、図３は、本発明に係る実施例１のゼロクロス検出装置１００の各部の出力する信号波形を示す図である。
商用電源１は、電力会社から工業用や家庭用として供給される交流電源であり、図１、図２に示すように、全波整流手段２に図３（ａ）に示す波形の交流電圧Ｅを供給する。
【００１８】
全波整流手段２は、図１に示すように、ダイオードＤ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４から成るブリッジ回路を有し、該ブリッジ回路を用いて上記交流電圧Ｅを全波整流し、図３（ｂ）に示す実線の波形の全波整流電圧Ａを出力する。
【００１９】
放電手段３は、図１に示すように、抵抗Ｒ１を有する。
【００２０】
一方、放電手段３は、図１に示すように、ゲート手段５から後述する電流Ｉ７が供給されると、該電流Ｉ７を抵抗Ｒ１を用いてグランドに放電する。
【００２１】
充電手段４は、図１に示すように、ダイオードＤ５と、ツェナーダイオードＺＤ１と、突入電流防止用の抵抗Ｒ２と、ゼロクロス信号出力手段６に供給する電荷を充電するためのコンデンサＣ１とから構成される。充電手段４では、上記全波整流電圧Ａに基づく電流が供給されると、該全波整流電圧ＡがツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ１の定数により決まる図３（ｂ）に示す電圧Ｖ１を越えると、ダイオードＤ５は、該電流を流す。ダイオードＤ５を通過する電流は、ツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ１の順に流れ、該コンデンサＣ１において電荷として充電される。
【００２２】
コンデンサＣ１が電荷の充電を開始すると、該コンデンサＣ１の容量は、図３（ｂ）に示す点線波形の充電電圧Ｂになる。そして、コンデンサＣ１は、充電電圧Ｂが図３（ｂ）に示す飽和電圧Ｖ２になるまで充電を続ける。
【００２３】
その後、図３（ｂ）に示すように、全波整流電圧Ａが交流電圧Ｅの電源周期により立ち下がってコンデンサＣ１の充電電圧Ｂ以下、即ち、ゼロクロス点近傍になると、コンデンサＣ１は、充電した電荷を放電する。この放電された電荷は、ゲート手段５によりゼロクロス信号出力手段６に供給される。
【００２４】
ゲート手段５は、ダイオードＤ６から成り、充電手段４のコンデンサＣ１が放電した電荷をゼロクロス信号出力手段６のフォトカプラ７のフォトダイオードに流すために用いられる。そして、フォトカプラ７のフォトダイオードを通過した後、ゲート手段５に流れた電流Ｉ７は、放電手段３に出力される。
【００２５】
ゼロクロス信号出力手段６は、フォトカプラ７と、直流電源５Ｖの電圧の変動を防止するためのプルアップ抵抗Ｒ３とから構成される。即ち、ゼロクロス信号出力手段６では、ゲート手段５により充電手段４から電荷が供給され、フォトカプラ７のフォトダイオードに図３（ｃ）に示す波形の電流Ｉ７が流れると、該フォトダイオードが発光する。この発光した光は、フォトカプラ７のフォトトランジスタにより受光される。
【００２６】
フォトカプラ７内のフォトトランジスタは、上記受光により短時間だけＯＮになるので、図３（ｄ）に示すように、交流電圧Ｅがゼロクロス点を通過するタイミングと同期して直流電源５Ｖからの電流、即ち、矩形波のゼロクロス検出信号Ｐを出力する。
【００２７】
＜実施例１の効果＞
本実施例１のゼロクロス検出装置１００によれば、全波整流電圧Ａがゼロクロス点近傍になるまでフォトカプラ７に電流Ｉ７が流れず、フォトトランジスタが発光しないので、低消費電力での駆動によりゼロクロス検出信号Ｐを出力することが可能である。
【適用例】
【００２８】
＜適用例の構成＞
本実施例１のゼロクロス検出装置１００は、ゼロクロス検出信号Ｐに基づいて供給電力を位相制御により制御する画像形成装置などの電子機器に内蔵される。下記に、ゼロクロス検出装置１００の適用例として、ゼロクロス検出装置１００を有し、該装置から出力されたゼロクロス検出信号Ｐに基づいて定着器の加熱ローラ内部に配設されたヒータの加熱制御を行う画像形成装置について説明する。ここで、上記画像形成装置は、例えば、カラープリンタ、モノクロプリンタ、複写機、ファクシミリ、ＭＦＰ（ＭｕｌｔｉＦｕｎｃｔｉｏｎ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）などである。
【００２９】
図４は、本発明に係る実施例１のゼロクロス検出装置１００を有する画像形成装置の定着器のヒータ制御回路２００の構成を示す図である。
画像形成装置は、図４に示すようなヒータ制御回路２００を用いて、上記ヒータを加熱するタイミングを制御している。
【００３０】
ヒータ制御回路２００は、図４に示すように、図示しない定着器の加熱ローラ内のヒータ２０１と、フォトトライアック２０２と、トライアック２０３と、交流電源２０４とから構成される。
【００３１】
ヒータ制御回路２００は、画像形成装置のＣＰＵにより制御されている。ＣＰＵは、ゼロクロス検出装置１００から出力される図３（ｄ）に示すゼロクロス検出信号Ｐの立ち上がりに同期させてヒータ制御回路２００のフォトトライアック２０２にヒータを加熱するためのパルス信号Ｓを出力する。ここで、ＣＰＵは、定着器の加熱ローラの表面の温度を検出するための温度センサが検出した表面温度に基づいて、パルス信号Ｓの出力時間などを制御する。
【００３２】
フォトトライアック２０２のフォトダイオードは、パルス信号Ｓが入力されると発光する。この発光した光は、フォトトライアック２０２内のトライアックにより受光される。
【００３３】
フォトトライアック２０２内のトライアックは、フォトダイオードから光を受光するとＯＮになり、トライアック２０３を導通させる。
【００３４】
トライアック２０３が導通すると、交流電源２０４から出力される交流電圧に基づく電流がヒータ２０１に流れるので、ヒータは、熱を発生して定着器の加熱ローラを内部から加熱する。
【００３５】
＜適用例の効果＞
適用例の実施例１のゼロクロス検出装置及びヒータ制御回路２００を有する画像形成装置によれば、該ゼロクロス検出装置１００を低消費電力で駆動できるので、これにより、低消費電力で装置を駆動することが可能である。
【実施例２】
【００３６】
＜実施例２の構成＞
実施例２のゼロクロス検出装置１００ａは、実施例１のゼロクロス検出装置１００の上記構成に対し、商用電源１から出力される交流電圧Ｅにノイズが混入した場合、ゼロクロス点だけではなく該ノイズを検出してゼロクロス検出信号として出力してしまうことを防止するために、ゲート手段５ａにツェナーダイオードＺＤ２を追加する構成にしたものである。
【００３７】
図７は、本発明に係る実施例１のゼロクロス検出装置１００の商用電源１にノイズ混入時の各部の出力する信号波形を示す図である。
図７（ａ）に示すように、商用電源１から出力される交流電圧Ｅに図中Ｇに示すようなノイズが生じると、全波整流手段２は、該交流電圧Ｅに基づいて、図７（ｂ）に示すようなノイズ入りの全波整流電圧Ａを出力する。
【００３８】
充電手段４は、放電手段３を介して全波整流電圧Ａに基づく電流が入力されると、該電流をダイオードＤ５、ツェナーダイオードＺＤ１、抵抗Ｒ２を介してコンデンサＣ１に充電させる。
【００３９】
図７（ｂ）に示すように、コンデンサＣ１への充電時に全波整流電圧Ａがノイズにより充電電圧Ｂより小さくなると、充電手段４から電流（電荷）が供給され、フォトカプラ７のフォトダイオードに充電電流が流れてしまうため、該フォトダイオードが発光する。
【００４０】
フォトカプラ７内のフォトトランジスタは、上記受光によりＯＮになるので、図７（ｄ）に示すように、交流電圧Ｅのノイズ部分によって雑音信号を出力してしまう。このように、本実施例１のゼロクロス検出装置１００では、交流電圧Ｅにノイズが混入すると、該ノイズ部分をゼロクロス点として検出してしまう場合があった。
【００４１】
図８は、本発明に係る実施例２のゼロクロス検出装置１００ａの構成を示すブロック図である。
実施例２のゼロクロス検出装置１００ａは、交流電圧Ｅのノイズ部分をゼロクロス点として検出することを防止するために、図８に示すように、商用電源１と、全波整流手段２と、放電手段３と、充電手段４と、ゲート手段５ａと、ゼロクロス信号出力手段６とから構成される。
【００４２】
ゲート手段５ａは、図９に示すように、ダイオードＤ６及びツェナー電圧ΔＶのツェナーダイオードＺＤ２から構成されている。図１０（ｂ）に示すように、全波整流電圧ＡがコンデンサＣ１の充電電圧Ｂ及びツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧ΔＶより下がった電圧になると、該コンデンサＣ１は充電電圧Ｂにより放電を開始すべくツェナーダイオードＺＤ２にこの充電電圧Ｂ（ツェナー電圧ΔＶより大きい）を印加する。これにより、図１０（ｃ）に示すように、ツェナーダイオードＺＤ２は導通し、電流Ｉ７がフォトカプラ７に出力される。
【００４３】
一方、全波整流電圧Ａにノイズ成分が重畳されている場合、図１０（ｂ）及び（ｃ）の図中Ｇに示すように該全波整流電圧ＡがノイズによりツェナーダイオードＺＤ２にツェナー電圧ΔＶ以下の電圧として加わるだけなので、ツェナーダイオードＺＤ２が導通せず、コンデンサＣ１からフォトカプラ７のフォトダイオードに電荷が供給されない。従って、ノイズ部分をゼロクロス点として検出することはない。ここで、ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧ΔＶは、充電電圧Ｂより僅かに小さい値である。
【００４４】
図９は、本発明に係る実施例２のゼロクロス検出装置１００ａの回路構成を示す図であり、図１０は、本発明に係る実施例２のゼロクロス検出装置１００ａの各部の出力する信号波形を示す図である。
以下に、ゼロクロス検出装置１００ａの動作を説明する。
商用電源１から図１０（ａ）に示すような交流電圧Ｅが出力され、全波整流手段２において該交流電圧Ｅが全波整流されて図１０（ｂ）に示すような全波整流電圧Ａが出力され、その後、放電手段３を介して充電手段４に全波整流電圧Ａに基づく電流が供給され、コンデンサＣ１が図１０（ｂ）に示すように充電電圧Ｂが飽和電圧Ｖ２になるまで充電を続けるまでの構成は、実施例１のゼロクロス検出装置１００と同じである。
【００４５】
その後、図１０（ｂ）に示すように、全波整流電圧Ａが交流電圧Ｅの電源周期により立ち下がってゼロクロス点に近づいていき、コンデンサＣ１の充電電圧Ｂ及びツェナーダイオードＺＤ２のツェナー電圧ΔＶより下がった電圧値になる、即ち、ゼロクロス点近傍になると、コンデンサＣ１は充電電圧Ｂにより放電を開始すべくツェナーダイオードＺＤ２にこの充電電圧Ｂを印加する。これにより、図１０（ｃ）に示すように、ツェナーダイオードＺＤ２は導通し、電流Ｉ７がフォトカプラ７に出力される。
【００４６】
ゼロクロス信号出力手段６は、ゲート手段５ａにより充電手段４から電荷が供給され、フォトカプラ７のフォトダイオードに図１０（ｃ）に示す矩形波の電流Ｉ７が流れると、該フォトダイオードが発光する。この発光した光は、フォトカプラ７のフォトトランジスタにより受光される。ここで、フォトカプラ７のフォトダイオードを通過した後、ゲート手段５ａに流れた電流Ｉ７は、放電手段３に出力される。
【００４７】
フォトカプラ７のフォトトランジスタは、上記受光により短時間だけＯＮになるので、ゼロクロス信号出力手段６は、図１０（ｄ）に示すように、交流電圧Ｅがゼロクロス点を通過するタイミングと同期して直流電源５Ｖからの電流、即ち、矩形波のゼロクロス検出信号Ｐを出力する。
【００４８】
一方、図１０の図中Ｇに示すように、ノイズが重畳されていると、全波整流電圧Ａがツェナー電圧ΔＶより小さいため、ツェナーダイオードＺＤ２が導通せず、従って電流Ｉ７が流れず、ノイズ信号が出力されない。
【００４９】
尚、実施例２のゼロクロス検出装置１００ａのその他の構成は、実施例１のゼロクロス検出装置１００の構成と同じである。
【００５０】
また、実施例２のゼロクロス検出装置１００ａを有する画像形成装置の定着器の加熱ローラ内部に配設されたヒータの加熱制御の構成は、上記適用例の実施例１のゼロクロス検出装置１００を有する画像形成装置の定着器の加熱ローラ内部に配設されたヒータの加熱制御の構成と同じである。
【００５１】
＜実施例２の効果＞
本実施例２のゼロクロス検出装置１００ａによれば、商用電源１にノイズが混入し、全波整流電圧Ａにノイズ成分が重畳されている場合、該全波整流電圧ＡがノイズによりツェナーダイオードＺＤ２にツェナー電圧ΔＶ以下の電圧として加わるだけなので、ツェナーダイオードＺＤ２が導通せず、コンデンサＣ１からフォトカプラ７のフォトダイオードに電荷が供給されないため該フォトダイオードに電流Ｉ７が流れず、フォトトランジスタが発光しないので、該ノイズ部分を検出せずにゼロクロス点に基づくゼロクロス検出信号Ｐを出力することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
上記した実施例２では、ゲート手段５ａにツェナーダイオードＺＤ２を用いた例を説明したが、これに限る必要はなく、例えばダイアック（ＤＩＡＣ）を用いた構成にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る実施例１のゼロクロス検出装置の回路構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施例１のゼロクロス検出装置の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る実施例１のゼロクロス検出装置の各部の出力する信号波形を示す図である。
【図４】本発明に係る適用例の画像形成装置の定着器のヒータ制御回路を示す図である。
【図５】従来のゼロクロス検出回路を示す図である。
【図６】従来のゼロクロス検出回路の各部の出力する信号波形を示す図である。
【図７】本発明に係る実施例１のゼロクロス検出装置の商用電源に重畳ノイズ混入時の各部の出力する信号波形を示す図である。
【図８】本発明に係る実施例２のゼロクロス検出装置の構成を示す図である。
【図９】本発明に係る実施例２のゼロクロス検出装置の回路構成を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施例２のゼロクロス検出装置の各部の出力する信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１００    ゼロクロス検出装置
１    商用電源
２    全波整流手段
３    放電手段
４    充電手段
５    ゲート手段
６    ゼロクロス信号出力手段
【図１】
2010050820.tif 000003
【図２】
2010050820.tif 000004
【図３】
2010050820.tif 000005
【図４】
2010050820.tif 000006
【図５】
2010050820.tif 000007
【図６】
2010050820.tif 000008
【図７】
2010050820.tif 000009
【図８】
2010050820.tif 000010
【図９】
2010050820.tif 000011
【図１０】
2010050820.tif 000012